211service.com
Plodiny odolné vůči toxicitě
Velká část světové orné půdy obsahuje hliník, který brzdí úrodu. Nová studie však našla způsob, jak přimět rostliny, aby vyrostly do výšky navzdory toxickým účinkům kovu. Objev rostlinných biologů z University of California v Riverside naznačuje, že genetické inženýrství by mohlo zvýšit výnosy z polí, která dnes nejsou ideální pro pěstování plodin.
Hliníková fólie: Když se hliník v půdě aktivuje kyselými podmínkami, poškodí DNA rostlin. V reakci na to se normální kořenové buňky zastaví uprostřed dělení (horní řada). Ale u rostlin s mutací, která je činí slepými vůči poškození DNA, se kořenové buňky neustále dělí a obcházejí zakrnělé účinky hliníku (spodní řada).
Hliník je běžný v půdách – je hlavní složkou jílu – ale pouze v kyselých půdách tvoří kov ion, který se může rozpustit v kapalinách a který je toxický pro rostliny. Kyselé půdy však tvoří až polovinu světové orné půdy a toxicita hliníku je hlavním faktorem, který brzdí růst plodin na téměř 20 procentech světové orné půdy, včetně velkých oblastí Spojených států východně od řeky Mississippi a severozápadní Evropy. .
Problém je, že máme všechny tyto plodiny – pšenici, kukuřici, ječmen a tak dále – které se nevyvinuly ani nevyvinuly na půdách toxických pro hliník, vedoucí studie a profesor biochemie. Paul Larsen říká. Nemají přirozenou odolnost nebo toleranci k hliníku. Šlechtitelé rostlin pracují na vývoji kmenů, které se dokážou lépe vyrovnat s toxickým hliníkem, ale byli schopni provést pouze postupná zlepšení, říká Larsen.
Ve studii v Současná biologie Larsen a jeho kolegyně Megan Roundsová odhalili jednoduchou mutaci jediného genu, díky kterému se rostlinám daří i přes hladiny hliníku, které by byly normálně toxické. Larsen a Rounds našli gen, nazvaný AtATR, pročesáním mutantů Arabidopsis , člen rodiny hořčice, který se běžně používá ve studiích genetiky rostlin. Gen je příbuzný rodině proteinů, o kterých je známo, že pomáhají najít a reagovat na poškození DNA u téměř všech mnohobuněčných organismů.
Je známo, že toxické ionty hliníku poškozují DNA a nová studie naznačuje, že rostliny reagují zastavením růstu buněk ve špičkách jejich kořenů, když nahromadí příliš mnoho poškození DNA. Rostliny si tuto reakci mohly vyvinout, aby jim po generace pomohly vyrovnat se s toxickými účinky hliníku, spekuluje Larsen. Z krátkodobého hlediska to však znamená, že rostliny jsou méně zdravé a jsou zakrnělé a zranitelnější vůči stresorům, jako je sucho.
Ale nově identifikovaná mutace inaktivuje protein AtATR, takže buňky nereagují na poškození DNA tím, že ukončí buněčné dělení, čímž obcházejí tento kontrolní bod, říká Larsen. Rostlina je účinně slepá vůči tomu, co se děje v buňce. Mutované rostliny si tedy mohou udržet vysokou úroveň růstu v přítomnosti toxických hladin hliníku, i když utrpí určité poškození DNA.
Zatím není jasné, jak velké poškození DNA rostliny utrpí, říká Larsen. Ale strategie by mohla fungovat na podpoře krátkodobého růstu, i když by obětovala DNA rostlin. Aby se zabránilo poškození DNA hromadícímu se po generace pěstování na půdách bohatých na hliník, mohli farmáři získat semena z mutantních rostlin pěstovaných na půdě bez hliníku. To by odráželo, jak zemědělci v průmyslových zemích používají hybridní semena ze zemědělských podniků, spíše než aby si svá vlastní semena šetřili pro výsadbu dalších generací plodin.
Práce poskytuje první přesvědčivý důkaz pro mechanismus, který vysvětluje toxický účinek [hliníku] na růst kořenů, říká rostlinný biolog Manny Delhaize z Centra rostlinného průmyslu Organizace pro vědecký a průmyslový výzkum Commonwealthu v Canbeře v Austrálii. Existuje mnoho teorií o tom, jak hliník zastavuje růst kořenů, a tato práce poskytuje přesvědčivé důkazy o molekulárním procesu, který je součástí. Delhaize říká, že další metodou, jak udržet vysokou rychlost růstu a zároveň omezit jakékoli poškození DNA, může být úprava rostlin tak, aby jejich kořenové špičky exprimovaly molekuly, které by inaktivovaly AtATR.
Takový cílený přístup však nemusí být nutný, tvrdí Larsen. Dokonce i po pěstování mutantních rostlin na půdách obsahujících hliník po několik generací neexistují žádné zjevné škodlivé účinky na růst, životaschopnost nebo produkci semen, říká.